分布式电源逆变器协同调节配电网电压的单参数规划方法

本发明涉及分布式电源逆变器，具体是分布式电源逆变器协同调节配电网电压的单参数规划方法。

背景技术：

1、近年来，大规模分布式风/光电源接入配电网，其有功功率的快速波动对配电网电压产生显著扰动。分布式电源的逆变器能够通过就地控制实时调节注入配电网的无功功率，从而可利用逆变器的无功功率控制功能实现配电网电压的实时调节。与安装快响应的无功补偿器相比，在配电网中使用分布式电源的逆变器实现电压调节更高效、经济。单纯的逆变器就地控制方式缺乏系统层面的协同，从而多将就地控制和集中优化相结合。集中优化阶段由集控中心负责设计多个分布式电源的逆变器的就地控制函数，就地控制阶段由各分布式电源逆变器根据集中优化得到的就地控制函数执行实时的无功功率控制。因此，如何通过集中的协同优化设计各分布式电源逆变器的就地控制函数是提高配电网实时电压调节性能的关键。

2、与本发明最接近的技术方案是分段线性决策规则的鲁棒优化方法。分段线性决策规则的鲁棒优化方法关键步骤如下：第一步，将每台分布式电源逆变器的就地控制函数预设为包含若干个分段点的分段线性函数，其分段点由人工预先选取，一般在有功功率的波动区间内按等距的方式确定，各分段点对应的无功功率的控制量为待求解的变量；第二步，引入0-1变量将第一步的分段线性函数表示为分段线性决策规则；第三步，在分段线性决策规则基础上建立配电网电压调节的混合整数规划问题，该问题难以直接求解；第四步，将0-1变量松弛为[0,1]区间内的连续变量，并通过考虑波动区间内的最差场景将原问题作对偶变换得到可求解的线性规划问题；第五步，求解第四步的线性规划问题，得到各分段点对应的无功功率的控制量，从而得到各分布式电源逆变器的分段线性就地控制函数。

3、现有技术预设的分段线性就地控制函数的分段点是在变化区间内按等距方式人工选取的，其位置和数量的选取具有主观性，无法保证是最优的。其二，现有技术建立的分段线性决策规则需引入0-1变量，导致问题难以求解，进一步将0-1变量松弛为[0,1]区间内的连续变量，又导致松弛后的问题与原问题不等价。其三，现有技术考虑分布式电源有功功率波动的最差场景作对偶变换，变换后的问题过于保守。由于上述缺点，致使分段线性决策规则的鲁棒优化方法得到的逆变器就地控制函数在调节配电网电压时性能较低，未充分挖掘各分布式电源逆变器协同调节配电网电压的能力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供分布式电源逆变器协同调节配电网电压的单参数规划方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、分布式电源逆变器协同调节配电网电压的单参数规划方法，包括如下步骤：

4、步骤一：将配电网中多个分布式电源的有功功率视作参数，分布式电源逆变器输出的无功功率为决策变量，建立以配电网电压总偏差最小化为优化目标的多参数规划问题数学模型；

5、步骤二：将步骤一得到的多参数规划问题转换为若干个单参数规划问题，每个单参数规划问题只包含单台分布式电源有功功率参数；

6、步骤三：采用交替迭代方法求解每个分布式电源的单参数规划问题，得到每台分布式电源逆变器的就地控制函数，为自适应的分段线性就地控制函数。

7、优选的，所述步骤一具体为：

8、在配电网集控中心配置一台用于集中优化计算的服务器，建立该服务器与分布式电源逆变器控制器的通信信道，建立与配电网监控系统的接口，通过配电网监控系统采集配电网的网络参数数据、分布式电源和负荷的功率预测数据；

9、建立分布式电源逆变器协同调节配电网电压的多参数规划问题数学模型，具体为：

10、根据配电网的网络参数数据采用牛顿法计算交流潮流，其中分布式电源和负荷的功率预测数据均值作为交流潮流计算的功率基准点，得到节点电压幅值向量v0和雅克比矩阵j，利用基准点交流潮流计算结果v0和j，得到电压幅值平方对节点注入功率的灵敏度：

11、

12、

13、式中：p、q、v分别表示节点注入有功功率向量、节点注入无功功率向量、节点电压幅值向量，p0、q0、v0表示基准点对应的p、q、v的值；v2、v02分别表示节点电压幅值平方向量及其基准点对应的值；i、l分别表示节点编号i、l；为雅可比矩阵j的逆矩阵中的元素；

14、将负荷的功率近似为常数，在公式(1)-(2)的基础上，配电网节点电压幅值平方与分布式电源功率的关系表示为：

15、

16、式中：j、分别表示分布式电源编号及编号集合；pg,j、qg,j分别表示分布式电源j注入配电网的有功功率和无功功率；υi表示节点i电压幅值的平方；wij、mij分别表示υi对pg,j、qg,j的灵敏度系数，ci表示对应的截距项；

17、在式(3)所示的节点电压幅值平方与分布式电源功率的线性模型基础上，进一步建立分布式电源逆变器协同调节配电网电压的多参数规划问题数学模型，如下所示：

18、

19、s.t.

20、

21、

22、

23、

24、

25、

26、m个不确定参数:式中：表示配电网除平衡节点外的节点集合；δυi表示节点i电压幅值平方与额定电压幅值平方的偏差绝对值，υi,max、υi,min表示节点i电压幅值平方的上、下限；sg,j分别表示分布式电源j逆变器的最大允许功率因数角和容量；pgu,j、pgl,j分别表示分布式电源j有功功率波动的上、下限，m为中元素的数量，即分布式电源的机组台数；

27、式(4)所述问题的优化目标(4a)为配电网节点电压幅值平方与额定电压幅值平方的总偏差最小化，决策变量为所有分布式电源的无功功率qg,j，不确定参数为所有分布式电源的有功功率pg,j，约束(4b)和(4c)表示节点电压幅值平方与额定电压幅值平方的偏差的绝对值；约束(4d)和(4e)表示节点电压幅值限制；约束(4f)和(4g)表示分布式电源逆变器的功率因数限制；约束(4h)表示分布式电源逆变器的容量限制，通过t个线性约束近似二次约束t为人为设置的固定常数；约束(4i)表示不确定参数pg,j的波动范围，式(4)所述问题是一个多参数线性规划问题，其参数数量等于分布式电源台数。

28、优选的，所述步骤2具体为：

29、在步骤1得到的分布式电源逆变器协同调节配电网电压的多参数规划问题(4)基础上，仅将一台分布式电源的无功功率qg,j作为决策变量、有功功率pg,j作为不确定参数，将其他分布式电源的逆变器就地控制函数作为已知函数，考虑其他分布式电源引起的最大电压偏差，寻求qg,j的最优解，多参数规划问题(4)则转换为：

30、

31、s.t.

32、

33、

34、

35、

36、

37、

38、一个不确定参数:pg,j∈[pgl,j,pgu,j]  (5i)

39、其中：

40、

41、

42、k表示除分布式电源j以外的其他分布式电源，所有k构成的集合表示为式(6)-(7)表示分布式电源k在其逆变器就地控制函数fk(·)已知，并且有功功率在[pgl,k,pgu,k]范围内波动时，在节点i导致的最大电压偏差；通过求解(6)和(7)分别得到γik和ηik，因此γik和ηik在问题(5)中为常数；

43、问题(5)为单参数线性规划问题，仅包含一个不确定参数pg,j。对每台分布式电源分别按上述步骤分别得到每台分布式电源协同调节配电网电压的单参数规划问题，经上述转换后，m台分布式电源对应有m个单参数规划问题。

44、优选的，所述步骤三具体为：

45、步骤3.1：初始化所有分布式电源逆变器的就地控制函数为一个常数函数f(·)＝0，第j台分布式电源逆变器的初始就地控制函数记作fj,0(pg,j)＝0，迭代轮次计数器i初始化为0；

46、步骤3.2：迭代轮次计数器i＝i+1，交替求解计数器j初始化为1，表示从第1台分布式电源开始新一轮交替求解；

47、步骤3.3：采用参数规划求解器求解第j台分布式电源对应的单参数规划问题，得到第j台分布式电源逆变器在第i轮迭代的就地控制函数qg,j＝fj,i(pg,j)；

48、步骤3.4：交替求解计数器j＝j+1；

49、步骤3.5：如果j小于等于m，则回到步骤3.3，对下一台分布式电源对应的单参数规划问题进行求解，否则进入步骤3.6；

50、步骤3.6：如果i大于1，则进入步骤3.7；

51、步骤3.7：计算第i轮迭代与第i-1轮迭代得到的各台分布式电源逆变器就地控制函数的最大变化量

52、步骤3.8：判断是否满足即所有分布式电源逆变器就地控制函数的最大相对变化量|δfj|/sg,j是否小于设定的收敛阈值ε，如满足则交替迭代收敛，终止计算，否则回到步骤3.2开始下一轮交替迭代；

53、将求解得到的各台分布式电源逆变器就地控制函数下发给光伏逆变器控制器，详细过程为：

54、通过步骤一建立的通信信道，将步骤三求解得到的各台分布式电源逆变器就地控制函数分别发送给各台分布式电源逆变器控制器，各分布式电源逆变器控制器根据接收到的就地控制函数执行实时的就地控制。

55、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

56、1)不需要对就地控制函数进行人工预定义，单参数规划问题求解的结果是解析的分段线性函数，因此分段线性化的分段点数量与位置是由求解单参数规划问题自适应得到的最优方案。

57、2)不需要引入0-1变量，建立的优化问题模型是线性的单参数规划问题，因此不存在因0-1变量松弛导致松弛后问题与原问题不等价的问题。

58、3)每台分布式电源的逆变器就地控制函数是通过交替迭代求解各自的单参数规划问题得到的，单参数规划方法分别考虑了每台分布式电源有功功率波动的整个区间。

59、得益于上述特点，本发明方案充分挖掘了各分布式电源逆变器协同调节配电网电压的能力，显著提升分布式电源逆变器调节配电网电压的性能。